一、什么是線程池：

線程池主要是為了解決 新任務執行時，應用程序為任務創建一個新線程 以及 任務執行完畢時，銷毀線程所帶來的開銷。通過線程池，可以在項目初始化時就創建一個線程集合，然后在需要執行新任務時重用這些線程而不是每次都新建一個線程，一旦任務已經完成了，線程回到線程池中并等待下一次分配任務，達到資源復用的效果。

1、線程池的主要優勢有：

（1）降低資源消耗：通過池化技術重復利用已創建的線程，降低線程創建和銷毀造成的損耗。
（2）提高響應速度：任務到達時，無需等待線程創建即可立即執行。
（3）提高線程的可管理性：線程是稀缺資源，如果無限制創建，不僅會消耗系統資源，還會因為線程的不合理分布導致資源調度失衡，降低系統的穩定性。使用線程池可以進行統一的分配、調優和監控。
（4）提供更多更強大的功能：線程池具備可拓展性，允許開發人員向其中增加更多的功能。比如延時定時線程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允許任務延期執行或定期執行。

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二、創建線程池：

1、通過Executors創建線程池：

在JUC包中的Executors中，提供了一些靜態方法，用于快速創建線程池，常見的線程池有：

（1）newSingleThreadExecutor：創建一個只有一個線程的線程池，串行執行所有任務，即使空閑時也不會被關閉。可以保證所有任務的執行順序按照任務的提交順序執行。如果這個唯一的線程因為異常結束，那么會有一個新的線程來替代它。

適用場景：需要保證順序地執行各個任務；并且在任意時間點，不會有多個線程活動的應用場景。

（2）newFixedThreadPool：創建一個固定線程數量的線程池（corePoolSize == maximumPoolSize，使用LinkedBlockingQuene作為阻塞隊列）。初始化時線程數量為零，之后每次提交一個任務就創建一個線程，直到線程達到線程池的最大容量。線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變，如果某個線程因為執行異常而結束，那么線程池會補充一個新線程。

適用場景：為了滿足資源管理的需求，而需要限制當前線程數量的應用場景，它適用于負載比較重的服務器。

（3）newCachedThreadPool：創建一個可緩存的線程池，線程的最大數量為Integer.MAX_VALUE。空閑線程會臨時緩存下來，線程會等待60s還是沒有任務加入的話就會被關閉。

適用場景：適用于執行很多的短時間異步任務的小程序，或者是負載較輕的服務器。

（4）newScheduledThreadPool：創建一個支持執行延遲任務或者周期性執行任務的線程池。

2、ThreadPoolExecutor構造函數參數的說明：

使用Executors創建的線程池，其本質都是通過不同的參數構造一個ThreadPoolExecutor對象，主要包含以下7個參數：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler) {// 省略...}

（1）corePoolSize：線程池中的核心線程數，當提交一個任務時，線程池創建一個新線程執行任務，直到當前線程數等于corePoolSize；如果當前線程數為corePoolSize，繼續提交的任務被保存到阻塞隊列workQueue中，等待被執行；如果執行了線程池的prestartAllCoreThreads()方法，線程池會提前創建并啟動所有核心線程。

（2）maximumPoolSize：線程池中允許的最大線程數。如果當前workQueue滿了之后可以創建的最大線程數。

（3）keepAliveTime：空閑線程的存活時間。

（4）unit：keepAliveTime空閑線程存活時間的單位；

（5）workQueue：阻塞隊列，用來存放等待被執行的任務，且任務必須實現Runnable接口，在JDK中提供了如下阻塞隊列：

• ArrayBlockingQueue：基于數組結構的有界阻塞隊列，按FIFO排序任務;
• LinkedBlockingQuene：基于鏈表結構的阻塞隊列，按FIFO排序任務，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；
• SynchronousQuene：一個不存儲元素的阻塞隊列，每個插入操作必須等到另一個線程調用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀態，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene
• PriorityBlockingQuene：具有優先級的無界阻塞隊列；
• DelayQueue：一個使用優先級隊列實現的無界阻塞隊列，只有在延遲期滿時才能從中提取元素。
• LinkedTransferQueue：一個由鏈表結構組成的無界阻塞隊列。與SynchronousQueue類似，還含有非阻塞方法。
• LinkedBlockingDeque：一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。

（6）threadFactory：線程工廠，主要用來創建線程，默認為正常優先級、非守護線程。

（7）handler：線程池拒絕任務時的處理策略。

3、不要使用Executors創建線程池：

阿里巴巴開發手冊并發編程有一條規定：線程池不允許使用Executors去創建，而是通過ThreadPoolExecutor的方式，這是為什么呢？主要是因為這樣的可以避免資源耗盡的風險，因為使用Executors返回線程池對象的弊端有：

（1）FixedThreadPool 和 SingleThreadPool 允許的阻塞隊列長度為 Integer.MAX_VALUE，這樣會導致堆積大量的請求，從而導致OOM；

（2）CachedThreadPool 允許創建的線程數量為 Integer.MAX_VALUE，可能會創建大量的線程，從而導致 OOM。

所以創建線程池，最好是根據線程池的用途，然后自己創建線程池。
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三、線程池執行策略：

執行邏輯說明：

（1）當客戶端提交任務時，線程池先判斷核心線程數是否小于corePoolSize，如果是，則創建新的核心線程數運行這個任務；

（2）如果正在運行的線程數大于或等于corePoolSize，則判斷workQueue隊列是否已滿，如果未滿，則將任務放入workQueue中；

（3）如果workQueue隊列已經滿了，則判斷當前線程池中的線程數量是否大于maximumPoolSize，如果小于maximumPoolSize，則啟動一個非核心線程來執行任務；

（4）如果線程池中線程數量大于或等于maximumPoolSize，那么線程池會根據設定的拒絕策略，做出相應的措施。

• ThreadPoolExecutor.AbortPolic(默認)：拋出RejectedExecutionException異常；
• ThereadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：在當前正在執行的線程的execute方法中運行被拒絕的任務。
• ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPoliy：丟棄workQueue中等待最長時間的任務，并將被拒絕的任務添加到隊列之中。
• ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：將直接丟棄此線程。

（5）當一個線程完成任務時，它會從workQueue中獲取下一個任務來執行。

（6）當一個線程空閑超過keepAliveTime設定的時間時，線程池會判斷，如果當前線程數大于corePoolSize，那么這個線程就被停掉。所以線程池的所有任務完成后，它最終會收縮到corePoolSize的大小。
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四、如何合理的配置線程池的大小？

1、一般都是根據任務類型來配置線程池大小：

• 如果是 CPU 密集型：那么就意味著 CPU 是稀缺資源，這個時候通常不能通過增加線程數來提高計算能力，因為線程數量太多，會導致頻繁的上下文切換，一般這種情況下，建議合理的線程數值 = CPU數 + 1，減少線程上下文的切換；
• 如果是 IO 密集型：說明需要較多的等待，因為 IO 操作并不占用CPU，大部分線程都阻塞，所以可以多配置線程數，讓CPU處理更多的業務，這個時候可以參考 Brain Goetz 的推薦方法，線程數 = CPU核數 × (1 + 平均等待時間/平均工作時間)。參考值可以是 N(CPU) 核數 * 2。

當然，這只是一個參考值，具體的設置還需要根據實際情況進行調整，比如可以先將線程池大小設置為參考值，再觀察任務運行情況和系統負載、資源利用率來進行適當調整。

2、有界隊列和無界隊列的配置：

一般情況下配置有界隊列，在一些可能會有爆發性增長的情況下使用無界隊列。任務非常多時，使用非阻塞隊列并使用CAS操作替代鎖可以獲得好的吞吐量。
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五、Executor 框架：

1、什么是 Executor 框架：

Executor 是一個用于任務執行和調度的框架，目的是將任務的提交過程與執行過程解耦，使得用戶只需關注任務的定義和提交，而不需要關注具體如何執行以及何時執行；其中，最頂層是 Executor 接口，它只有一個用于執行任務的 execute() 方法。Executor框架主要由3大部分組成：

• （1）任務：實現 Callable 接口或 Runnable 接口的類，其實例就可以成為一個任務提交給 ExecutorService 去執行：其中 Callable 任務可以返回執行結果，Runnable 任務無返回結果。
• （2）任務的執行：包括任務執行機制的核心接口 Executor，以及繼承自 Executor 的 ExecutorService 接口。Executor框架的關鍵類ThreadPoolExecutor 也實現了 ExecutorService 接口；
• （3）任務的異步計算結果：包括 Future 接口和實現 Future 接口的 FutureTask 類、ForkJoinTask 類。
  

2、使用步驟：

把任務，如 Runnable 接口或 Callable 接口的實現類提交（submit、execute）給線程池執行，如 ExecutorService、ThreadPoolExecutor 等。線程執行完畢之后，會返回一個異步計算結果 Future，然后調用 Future 的 get()方法等待執行結果即可，Future 的 get() 方法會導致主線程阻塞，直到任務執行完成。

其中 Runnable 任務無返回結果，Callable 任務可以返回執行結果，Callable 任務除了返回正常結果之外，如果發生異常，該異常也會被返回，即 Future 可以拿到異步執行任務各種結果；在實際業務場景中，Future 和 Callable 基本是成對出現的，Callable 負責產生結果，Future 負責獲取結果。
另外，還有一個 Executors 類，它是一個工具類，提供了創建 ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory 和 Callable 對象的靜態方法。

3、線程池中 submit() 和 execute() 方法有什么區別？

兩個方法都可以向線程池提交任務，execute() 方法的返回類型是 void，它定義在 Executor 接口中, 而 submit() 方法可以返回持有計算結果的 Future 對象，它定義在 ExecutorService 接口中，它擴展自 Executor 接口，其它線程池類像 ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor 都有這些方法。

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六、Java線程模型：Java線程與操作系統線程的關系：

現在 Java 線程的本質，其實就是操作系統中的線程，Java 線程的實現是基于一對一的線程模型，通過語言級別層面程序去間接調用系統內核的線程模型，即在使用 Java 線程時，JVM 是轉而調用當前操作系統的內核線程來完成當前任務。內核線程就是由操作系統內核支持的線程，這種線程是由操作系統內核來完成線程切換，內核通過操作調度器進而對線程執行調度，并將線程的任務映射到各個處理器上。

由于我們編寫的多線程程序屬于語言層面的，程序不會直接去調用內核線程，取而代之的是一種輕量級的進程（Light Weight Process），也是通常意義上的線程，由于每個輕量級進程都會映射到一個內核線程，因此我們可以通過輕量級進程調用內核線程，進而由操作系統內核將任務映射到各個處理器，這種輕量級進程與內核線程間1對1的關系就稱為一對一的線程模型。

實際上從 Linux 內核2.6開始，就把 LinuxThread 從 LWP 換成了新的線程實現方式NPTL，NPTL 解決了 LinuxThread 中絕大多數跟POSIX 標準不兼容的特性，并提供了更好的性能，可擴展性及可維護性等等。

Java 線程模型如下圖所示，每個線程最終都會映射到CPU中進行處理，如果CPU存在多核，那么一個CPU將可以并行執行多個線程任務：

參考文章：

線程池源碼解析：https://juejin.cn/post/6927456645169545230
Java線程和操作系統線程的關系：https://juejin.cn/post/6918559409496915982
全面理解Java內存模型及volatile關鍵字：https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/72772461

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JUC多线程：线程池的创建及工作原理 和 Executor 框架的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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